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《岩土工程学报》2018年第8期中文摘要
日期:2018年08月28日 15:39:15点击数:字号:【

土的现代本构理论的发展回顾与展望

杨光华

(1. 广东省水利水电科学研究院,广东 广州 510610;2. 华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510640;3. 广东省岩土工程技术研究中心,广东 广州 510610)

摘  要:土的本构模型是现代土力学的核心和关键。自从剑桥弹塑性模型创立以来,土的本构模型历经了50多年的研究,建立的模型数以百计,但真正能为工程所应用的则很少,如何更好地发展岩土本构模型?为此,回顾和分析了各种建立岩土本构模型的理论,认为要较好解决岩土本构模型的问题,首先要有适合岩土材料的本构理论,传统应用的一些理论用于岩土材料是有其局限性的。广义位势理论是一种普遍和方便的建模理论。本构模型的验证除在主空间上进行试验验证外,更合理的应该是进行边值问题的验证。同时,要使模型能用于工程设计,则应发展参数易于确定的模型,还需要解决模型参数的合理确定问题,对于天然岩土材料,由于取样扰动等的影响,室内参数与原位土差异较大,发展基于原位试验的模型参数确定方法,可能是解决的途径。

关键词:本构理论;广义位势理论;进展与展

影响锅盖效应因素的研究

姚仰平,王  琳

(北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京 100191)

摘  要:锅盖效应是指非饱和土中由于上覆结构密闭导致水分不能排出而引起的浅层土体含水率增加的现象。分析认为初始含水率、边界低温以及土体中的密闭隔断层对锅盖效应有着重要影响,选取边界低温作用下由气态水迁移补水而产生的锅盖效应进行研究,建立数值模型开展大量数值试验,探究初始含水率、边界低温以及隔断层对锅盖效应的影响规律。研究发现:土体初始含水率处于塑限附近时,低温作用周期内浅层土体最大液态水含量达到峰值,峰值大小约在液限附近;当土体初始含水率处于液限附近时,浅层土体液态水增加现象消失,此时锅盖效应处于一个消失临界点;边界低温降低,因冻结锋面下移,浅层土体低温期可达最大液态水含量先升高后降低;铺设隔断层会使土体中产生双锅盖效应,将隔断层铺设在0℃附近(正温)的土层处,可有效减少锅盖效应引起的增水。

关键词:非饱和土;水气迁移;锅盖效应;初始含水率;边界低温;双锅盖效应

土力学理论需要发展与变革

赵成刚1,2,李  舰1,宋朝阳1,蔡国庆1,刘  艳1

(1. 北京交通大学土建学院,北京 100044;2. 桂林理工大学土木建筑学院,广西 桂林 541004)

摘  要:土力学经过90多年的发展,已经成为岩土工程中不可缺少的理论分析工具。但土力学目前仍然处于半理论、半经验的状态,其理论预测结果具有非常大的不确定性。如何克服这些不足,使土力学理论不断向前发展和变革,是土力学研究者不可推卸的责任。首先,基于土的易变性与敏感性论证了土是一种非常复杂的、难以用简单的一、两个变量进行精确定量描述的材料;其次,揭示了土力学目前是一种简化的理论,忽略了很多影响因素,难以描述土的复杂性质,由此产生了非常大的不确定性;第三,指出有效应力原理实质上是一种等效的近似方法,并就有效应力的定义、表述、理解和作用及其局限性进行了研究和探讨;最后,针对土力学目前存在的不足以及发展、变革的需求,提出了建立考虑多因素相互作用和影响的土力学理论的观点,提倡用多个因素(或多场)作用的观点研究和描述土的性质和行为。

关键词:土力学发展;不确定性;有效应力;多因素影响的土力学

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

邵生俊1,2,李  骏1,李国良3,王新东3,靳宝成3,邵  帅1

(1. 西安理工大学土建学院,陕西 西安 710048;2. 陕西省黄土力学与工程重点实验室,陕西 西安 710048;3. 中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安 710043)

摘  要:对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。

关键词:黄土隧道;现场浸水试验;水分入渗;湿陷变形;隧道结构

堆石料加载与流变过程中塑性应变方向研究

傅中志1,2,陈生水1,2张意江1,石北啸1

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2. 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210024)

摘  要:确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应变方向与应力状态的关系及其与加载过程中塑性应变方向的差异,对于建立土体弹塑性本构模型具有重要价值。通过对某抽水蓄能电站筑坝堆石料的大型三轴压缩试验和三轴流变试验,分别研究了加载和流变过程中剪胀比与应力比之间的关系。结果表明,三轴压缩和三轴流变过程中,堆石料的剪胀比均随着应力比的增加而减小,且相同三轴压缩应力状态下,堆石料的流变剪胀比明显大于加载剪胀比,即流变过程中堆石料剪缩性比三轴压缩过程中的剪缩性更为强烈。因此,采用相同的塑性势函数同时确定加载塑性应变方向和流变黏塑性应变方向是不恰当的,建立考虑堆石料流变的弹塑性模型时应该选用不同的应力剪胀方程或塑性势函数。

关键词:堆石料;流变;弹塑性理论;应力剪胀方程

土体干缩裂隙的形成发育过程及机理

唐朝生1,施  斌1,崔玉军2

(1. 南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023;2. 法国国立路桥大学,巴黎)

摘  要:土体干缩开裂(龟裂)是一种常见的自然现象,龟裂的产生会破坏土体的完整性,极大地弱化土体的工程性质。基于室内试验结果,发现龟裂发育过程可分为3个典型阶段,具有很强的时序特征,且新生裂隙一般垂直已有裂隙生长。根据水土相互作用原理和基本土力学理论,建立了土体龟裂概念模型,对实验室和自然界中观测到的相关龟裂现象及其机理进行了分析,得到如下主要结论:①土体中存在收缩变形空间是龟裂发育的前提,主要与土质条件有关;②龟裂是土体发生张拉破坏的表现形式,孔隙水的表面张力及干燥过程中引起的基质吸力(毛细水作用力)会在土体中形成张拉应力场,这是导致龟裂的主要力学诱因;③当张拉应力场的大小超过土体的抗拉强度或土颗粒间的联接强度时,裂隙便会产生,导致局部区域积聚的应变能释放,应力场重新调整。从宏观上看,基质吸力和抗拉强度是控制龟裂发育的两个关键力学指标,但从微观上看,土体材料尤其是结构的非均质性对裂隙发育过程和裂隙网络的几何形态特征均有重要影响。通常情况下,大部分裂隙都是在饱和阶段产生,且裂隙产生时对应的临界含水率有可能高于液限;土体表面上的“杂点”易导致应力集中,裂隙往往率先在“杂点”处产生;④受表面和裂隙面张拉应力场的共同作用,表层土体边缘会发生向上卷曲变形,产生 “煎饼效应”。此外,土体在收缩过程中还存在收缩核现象。

关键词:土体龟裂;干缩裂隙;形成机理;发育过程;抗拉强度;体积收缩

基于微观破损机理的胶结砂土三维本构模型研究

张伏光1,2,3,蒋明镜*4,2,3

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 050043;2. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;3. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;4. 天津大学建筑工程学院,天津 300072)

摘  要:在岩土破损力学和临界状态土力学框架内,遵循宏微观土力学的研究思路,建立了胶结砂土三维本构模型。定义与重塑砂土屈服面几何相似但尺寸扩大的胶结砂土屈服面;采用经三维离散元验证的Lade-Duncan强度准则作为临界状态强度面;基于胶结材料微观力学理论并结合三维离散元模拟结果,获得具有微观力学机制的胶结破损规律;将胶结破损规律引入到重塑砂土的硬化规律和流动法则,得到胶结砂土的硬化规律和流动法则。将该本构模型应用于人工制备胶结砂土室内常规三轴压缩试验和等平均应力真三轴试验的模拟,初步验证了该模型的适用性。

关键词:胶结砂土;微观机理;离散元;本构模型

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

崔春义1,2,孟  坤1,武亚军3,马科研1,杨  刚1

(1. 大连海事大学土木工程系,辽宁 大连 116026;2. 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室,北京 100124;3. 上海大学土木工程系,上海 200072)

摘  要:基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩–土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩–土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。

关键词:三维轴对称;管桩;施工扰动;复刚度传递模型;黏性阻尼;径向非均质

砾石土心墙料水力劈裂试验研究

凌  华1,2,王  伟*3,王  芳1,2,傅  华1,2,韩华强1,2

(1. 南京水利科学研究院岩土工程研究所,江苏 南京 210024;2.水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏 南京 210029;3. 绍兴文理学院,浙江 绍兴 312000)

摘  要:在改进的三轴仪上开展了两种不同级配砾石土心墙料的水力劈裂试验。根据试验结果得到了以下结论:砾石土心墙料的自身性质与围压是影响劈裂压力的关键性因素,水力劈裂破坏主要表现为击穿破坏;相同试验条件下,随围压、固结比和水压加荷速率的提高,水力劈裂试验的流量降低;对于砾石土心墙料,当粉粒与黏粒含量较高时,由于颗粒间的胶结力更强,相同围压、固结比和加载速率条件下试样的破坏劈裂应力要更高,但不同级配砾石土的劈裂压力随围压的增长幅度变化不大;固结比或轴向应力对砾石土心墙料的劈裂压力影响不大,在文中试验条件下,加荷速率对破坏劈裂压力影响也不大。

关键词:砾石土;水力劈裂;试验研究

圆形隧道弹塑性分析的强度理论效应研究

张常光1, 2,张成林1,周  菲3,晏  青1

(1. 长安大学建筑工程学院,陕西 西安 710061;2. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;3. 长安大学建筑学院,陕西 西安 710061)

摘  要:合理的强度准则对隧道围岩的弹塑性分析十分重要,首先归纳建立了平面应变条件下8种岩土常用强度准则的统一线性方程,进而考虑围岩剪胀特性和塑性区不同弹性应变情况,推导了理想弹塑性围岩应力和位移的新解,并对所得新解进行可比性分析,最后探讨了围岩弹塑性分析的强度理论效应与塑性区位移的参数影响特性。研究结果表明:本文统一线性方程应用简洁灵活,便于探讨强度理论效应;围岩弹塑性新解可退化为众多已有解答,具有广泛的适用性;隧道围岩的强度理论效应明显,应优先选用广义Matsuoka–Nakai准则、统一强度理论(b=1/2)、Mogi–Coulomb准则和广义Lade–Duncan准则,谨慎采用统一强度理论(b=1)、外接圆Drucker–Prager准则,不鼓励使用内切圆Drucker–Prager准则和Mohr–Coulomb准则;围岩塑性区位移受剪胀特性、塑性区弹性应变的影响显著,且不同强度准则下二者的影响程度不同,应综合考虑3种因素的共同影响。

关键词:圆形隧道;强度理论效应;中间主应力;剪胀特性;塑性区弹性应变

横观各向同性岩石弹塑性本构模型与参数求解方法研究

王者超1,2,宗  智1,乔丽苹2,李术才1,李  崴1

(1. 山东大学岩土与结构工程研究中心,山东 济南 250061;2. 东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110004)

摘  要:地层中普遍存在层理状岩石,这些岩石细观结构具有显著的方向性,从而引起了其变形与强度具有横观各向同性。采用弹性力学与广义塑性力学基本理论,建立了岩石横观各向同性弹塑性本构模型:弹性部分采用广义胡克定律描述,塑性部分采用基于广义八面体剪应力的屈服准则和势函数、非关联流动法则和应变硬化准则描述。该模型屈服面为外凸的非等截距椭圆截面角锥体,在各向同性条件下可退化为米塞斯屈服准则。提出了模型参数求解方法:弹性参数采用三轴压缩和扭转试验联合求解;塑性参数采用不同层理方向试样的三轴压缩试验求解。以炭质板岩为例,验证了所提出的横观各向同性弹塑性模型和参数求解方法,验证结果表明所提模型较好地反映了岩石的横观各向同性,参数求解方法简单有效。此外,还根据试验数据分析了炭质板岩塑性势方向性和弹塑性参数耦合特征。研究成果将为丰富岩石力学基本理论和解决相关工程问题提供理论基础。

关键词:炭质板岩;横观各向同性;弹塑性模型;模型参数;屈服准则;流动法则;硬化准则;参数耦合

基于NMR技术及分形理论预测SWRC

陶高梁,陈  银,袁  波,甘世朝,吴小康,朱学良

(湖北工业大学土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068)

摘  要:土–水特征曲线(SWRC)是非饱和土力学中的基础本构关系,在研究非饱和土强度、体变及渗透系数等方面具有重要作用。通过试验直接测量SWRC,耗时较长,且通常得到的只是离散数据点,缺乏连续性,不能完全满足非饱和土研究的需要,因此,通过间接方法快速预测SWRC的完整数学表达式具有实际意义。以无损伤的核磁共振(nuclear magnetic resonance)技术为基础,结合Young-Laplace理论,建立基质吸力ψT2值的关系式;利用分形理论,推导出质量含水率wT2值的关系式,最终建立了预测SWRC的数学模型,研究结果表明其预测结果与实测值吻合较好。

关键词:核磁共振;分形理论;SWCC;预测

浅部地下洞穴散射波对波场扰动分析

柴华友1,柯文汇2, 3,陈  健4,黄祥国2,李忠超2

(1. 武汉工程大学土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430073;2. 武汉市市政建设集团有限公司,湖北 武汉 430023;3. 清华大学土木工程系,北京 100084;4. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074)

摘  要:均匀介质体表面源激发的瑞利波能量在介质浅部占主导地位,当前行瑞利波遇体浅部洞穴时,质点位移形状及轨迹会发生改变,瑞利波在洞穴发生散射。散射波导致波场能量出现扰动,波场不同区域扰动特征不同。在洞穴前方,反射瑞利波与入射瑞利波相干,能量谱出现干涉条纹;在洞穴上方,透射波发生频散,相速度不同于瑞利波,在某些条件下,透射波传播特性类似于自由板中兰姆波,透射波在洞穴后边界面绕射会导致表面波场能量减小;在后方区域,受几何衰减影响,表面波场逐渐由透射瑞利波主导,其低频成份相对高频成份能量减少较多。本文基于散射波理论, 分析洞穴埋深/波长比对波场扰动影响,由数值模拟计算验证理论分析,结果表明由测点距—波长域能量谱扰动对应的临界波长可预测洞穴埋深。

关键词:瑞利波;散射波;波场扰动;洞穴;Green 函数

拱北隧道“钢管–冻土”复合结构承载力试验研究

胡向东1,2,邓声君*1,2,汪  洋3

(1. 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3. 苏州电力设计研究院有限公司,江苏 苏州 215400)

摘  要:管幕冻结法作为一种新型的隧道预支护工法,目前已被应用于港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道施工中。管幕冻结法是利用顶管技术在隧道四周顶入大直径顶管,并利用冻结法将顶管之间的土体冻结起来,形成水密性的预支护结构。为了研究钢管冻土复合结构在确保封水时的极限承载力和变形能力,以探求合理冻土温度,采用冻土单轴压缩试验机,对4种不同冻土温度进行钢管冻土复合结构模型试验,并提出了封水条件下的极限状态判据,通过分析荷载–位移曲线,得到复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力。试验结果表明:温度较高时,冻土协调变形能力较好,但由于冻土本身强度较低,复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力较差;类似地,冻土温度较低时,强度较大,但由于冻土跟随钢管协调变形能力较差,在封水条件下的极限承载力和变形能力也较差;当温度适中时,冻土跟随钢管协调变形能力和冻土本身强度均处于相对理想状态,此时复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力相对较强,即在确保封水性能时所能承受变形的能力和极限荷载均较大。试验研究确定了该理想温度约为-10℃,该温度在拱北隧道管幕冻结实际施工中被采用,对类似工程施工具有一定的参考价值。

关键词:管幕冻结法;拱北隧道;港珠澳大桥;钢管–冻土复合结构;模型试验;冻结温度

填埋场内垃圾的持水特性和孔径分布研究

张文杰,陈  鲁,严宏罡

(上海大学土木工程系,上海 200072)

摘  要:土–水特征曲线(SWCC)描述了含水率和基质吸力的关系,并在一定程度上反映了孔隙组成,然而生活垃圾具有大孔隙特性,采用常规的压力板仪试验难以准确获得大孔隙对应的低基质吸力范围内的数据点。通过压力板仪试验确定小孔隙对应的数据点,通过水分穿透试验,基于Poiseuille定律和Young-Laplace方程,对大孔隙对应的数据点进行补充,之后,基于Van Genuchten方程,提出具有双峰孔隙分布特征垃圾的SWCC模型,进一步分析得到垃圾的孔径分布规律。结果表明,改进的SWCC方程可更好反映垃圾持水特性及孔径特征;垃圾饱和含水率和残余含水率较高,浅层、中层、深层垃圾的田间持水率分别为38.5%,42.2%和45.8%,对应的基质吸力约为3~8 kPa,随着埋深和龄期的增加,垃圾的有效含水率区间和给水度减小;以基质吸力1 kPa对应的孔径为界限,垃圾中孔隙可分为大小两组,孔径概率密度呈双峰分布,随着埋深和龄期的增加,垃圾的大孔隙占比减小,大孔隙平均孔径减小,小孔隙占比增加,小孔隙平均孔径减小。

关键词:城市生活垃圾;大孔隙;双重孔隙度;土–水特征曲线

RT模式下考虑主应力偏转的刚性挡墙地震主动土压力

张雯萍1,周亦涛2,俞  缙1,3,刘士雨1,蔡燕燕1,3,余  闯4

(1. 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心,福建 厦门 361021;2. 河北水利电力学院交通工程系,河北 沧州 061001;3. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏 徐州 221008;4. 温州大学建筑工程学院,浙江 温州 325035)

摘  要:依据拟静力学理论,考虑主应力偏转的影响,推导了绕墙顶转动模式(RT模式)下的地震主动土压力的计算公式。通过旋转挡土墙的解析模型,将地震问题转化为静力问题,并根据库仑土压力理论得到地震主动破裂角。在此基础上改进圆弧形小主应力偏转迹线,利用摩尔应力圆得到了RT模式下地震主动侧压力系数和水平微元土层间摩擦系数公式,提出基于微分薄层法的地震主动土压力解析式。分析了主要参数对地震主动破裂角、地震主动侧压力系数、水平微元土层间摩擦系数、地震主动土压力分布和侧向土压力作用位置的影响。将解析结果与其他土压力理论及试验数据进行对比,结果表明本文方法更为可靠。

关键词:主应力偏转;刚性挡墙;绕墙顶转动;地震主动土压力;地震主动破裂角;拟静力法

小净距隧道群下穿既有运营隧道离心模型试验研究

金大龙1,2,袁大军1,2,韦家昕3,李兴高1,2,陆  平1,2

(1. 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044;2. 北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;3. 中交公路规划设计院有限公司,北京 100088)

摘  要:以深圳地铁7号线、9号线四条小净距隧道近距离下穿既有地铁1号线工程为研究背景,通过离心模型试验方法,分析了小净距隧道群施工对周围土体应力影响规律,揭示了盾构多次近距离穿越施工引起既有线变形及受力变化机理。研究表明:①小净距四线隧道开挖具有明显的“群洞效应”,隧道群的形成会导致松动区扩大、土拱向上扩展,从而引起新建隧道承受竖向土压力增加;②既有隧道沉降随穿越次数的增多而增大,最终沉降为4次穿越叠加的结果,峰值位置基本位于4条隧道中心线正上方,盾构隧道每次穿越引起沉降增幅为13%~48%,穿越区域横向影响范围可达60 m以上;③新建隧道的开挖对既有隧道环向弯矩的影响不大,弯矩变化不超过10%,而对既有隧道纵向弯矩影响较大,随着穿越次数增加纵向弯矩明显增大,这也是隧道下穿施工引起纵向裂缝和渗漏水的主要原因。结合数值模拟计算进行对比分析,得到规律与试验相一致,进一步验证了试验结果对实际工程的可靠性。

关键词:地铁盾构;小净距隧道群;多次下穿;既有线变形

断裂黏滑错动下隧道减错措施作用效果模型试验研究

王道远1,2,3,崔光耀4,袁金秀*2,朱永全1,3,朱正国1,李  冬2,王洪凡2

(1. 石家庄铁道大学土木工程学院,河北 石家庄 050043;2. 河北交通职业技术学院土木工程系,河北 石家庄 050091;3. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;4. 北方工业大学土木工程学院,北京 100144)

摘  要:以某隧道工程为依托,开展断裂黏滑错动下隧道减错措施大型模型试验。通过分析纵向应变、接触压力和衬砌安全系数,对无减错措施、仅设置减错层、仅二衬设置减错缝、二衬设置减错缝与影响区段二衬增厚、初支与二衬交错设置减错缝以及组合措施6种工况进行对比研究。结果表明:断裂黏滑错动对上盘的影响范围和剧烈程度均大于下盘;不同工况减错措施对纵向变形、接触压力以及结构受力控制水平分别为A << C≈D≈ B < E < F,A << B < D< C ≈ E ≈ F,A <<D< C ≈ E < B < F;刚柔并济设计理念下“减错缝+增加影响区段二衬厚度”方案不宜采用,铰接设计理念下“减错层+交错设缝”组合措施可有效保障依托隧道黏滑错动后衬砌结构的安全。研究结论对高烈度区交通隧道穿越断裂黏滑段减错技术具有重要的意义。

关键词:隧道;断裂黏滑;减错措施;交错设缝;模型试验

成层软土地基上土堤填筑稳定性的塑性极限分析

雷国辉1,2,张惠敏1,2,刘芳雪1,2,张  飞1,2,庄  妍1,2

(1. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,江苏 南京 210098)

摘  要:针对成层软土地基上土堤填筑的稳定性分析问题,考虑地基土体的不排水抗剪强度既随土层变化又随深度任意线性变化,根据工程实践中揭示的堤基深层破坏模式,基于塑性极限分析的上限理论,构建满足运动许可的对数螺旋线与圆弧组合的转动破坏机制,建立了便于快速评估成层软土地基上土堤填筑稳定性的临界高度、无量纲化的稳定数、稳定图、最小安全系数和临界滑动面的分析计算方法,并将计算结果与2个土堤失稳现场试验工程案例的实测结果进行了对比。结果表明,采用本文方法计算得到的土堤最小安全系数接近于土堤失稳时的最小安全系数的理论值1.0,计算确定的临界滑动面也与实测的临界滑动面比较接近,从而验证了本文方法的适用性。

关键词:成层软土地基;土堤填筑;稳定性;极限分析;稳定数

水平地震作用下双级加筋土挡墙格栅应变及破裂面分析

蔡晓光,李思汉,黄  鑫

(防灾科技学院防灾工程系,河北 三河 065201)

摘  要:基于大型振动台模型试验,研究水平地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的格栅应变和潜在破裂面规律。用福建砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成了试验模型。模型高度1.8 m。输入地震波为卧龙波和EL-Centro波,共9个试验工况。试验结果表明,随着峰值加速度增大,应变值增大,且应变最大值点向土体内部扩展。潜在破裂面随峰值加速度增加逐渐向土体内部扩展。综合已有破裂面计算方法,提出了考虑平台宽度的双级折线型破裂面模型,模型可为双级加筋土挡墙设计计算提供参考。

关键词:双级加筋土挡墙;格栅应变;破裂面;振动台试验

分数阶塑性力学及其砂土本构模型

孙逸飞1,高玉峰1,鞠  雯2

(1. 河海大学教育部岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 中国核工业建设集团华兴建筑公司,江苏 南京 210019)

摘  要:砂土的剪胀以及应力–应变关系通常依赖于其物质状态;其塑性流动方向不再与加载方向重合,而是随其状态改变而改变。为了描述这一非关联特性,传统的岩土塑性理论通常需要额外假定一个独立于屈服面的塑性势面,并人为地将塑性势面相关的参数与状态参数唯像地关联在一起。从而,使得模型参数增多、部分参数缺乏物理意义。不同于与传统塑性力学,分数阶塑性力学基于非局域性的微分算子和梯度,其在某一应力点的微分方向不仅与该点的应力状态有关,还与到达该应力点的加载历史、过程相关;从而,无需额外假定塑性势面(或屈服面),仅需要对已有屈服面(或塑性势面)进行分数阶微分求解,便可以建立砂土的状态依赖分数阶弹塑性力学模型。最后,通过模拟几种不同砂土的三轴排水与不排水试验结果,发现:所提出的模型可以较好地描述砂土在不同初始状态及加载条件下的应力应变行为。

关键词:分数阶微积分;分数阶塑性力学;本构模型;状态参数;砂土

深层搅拌水泥土基底加固层的三维随机有限元分析

刘  勇1,2,李福豪2,陈  健*3,胡  俊4

(1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 新加坡国立大学土木与环境工程系,新加坡 117576;3. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北 武汉 430074;4. 海南大学土木建筑工程学院,海南 海口 570228)

摘  要:在软土基坑开挖过程中,围护结构的最大侧向位移往往出现在开挖面以下。常用的防范方法是采用深层搅拌法对设计深度以下2~3 m的软土层进行水泥加固处理,形成水泥土加固层以减少围护结构的侧向位移。由于水泥土的强度具有显著的空间变异性,工程设计中通常采用较为保守的整体强度设计值。考虑深层搅拌桩形成过程中的两种主要不确定性因素:桩身位置不确定性和桩身内部水泥土强度不均匀性,将水泥土加固层的强度模拟为随机场,且将其作为材料变量结合有限元仿真模拟进行受力分析。分析结果表明水泥土加固层的设计强度可表示为钻心取样强度平均值减去t倍标准差,对系数t进行了详细探讨,所得结果可为今后类似工程设计提供参考依据。

关键词:水泥土;无侧限抗压强度;空间变异性;随机有限元;位置不确定性;设计值

剪切双曲线型等效时间流变模型

胡亚元

 (浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058)

摘  要:为了预测变剪应力荷载下的流变变形,运用热力学内变量连续介质力学和Yin-Graham等效时间法来推导剪切流变模型。首先把Mesri双曲线型蠕变公式推广到耗散空间,在耗散空间绘制黏塑性剪应变与剪应力等效时间线。其次利用Yin-Graham等效时间法建立了黏塑性剪应变速率与等效时间关系方程,获得黏塑性剪应变速率与应力水平和黏塑性剪应变之间的函数表达式。最后利用耗散剪应力等于真实剪应力这个力学关系式,把黏塑性剪应变速率表达式和线弹性本构方程相结合,建立了一维弹黏塑性剪切流变方程,研究了流变方程分别采用绝对等效时间和相对等效时间表示的表达式。基于这个流变方程,获得了三轴固结排水剪切蠕变试验中单级加载和多级加载的剪切流变解。实例表明,剪切流变模型能够较好地模拟软土三轴固结排水剪切蠕变试验成果。

关键词:软土;剪切;等效时间;流变;弹黏塑性模型

砂质黄土地层中既有隧道上方挖方离心模型试验研究

王希元1,龚  伦*1,吴金霖1,马相峰1,仇文革1,敖维林2,李  洋3

(1. 西南交通大学土木工程学院交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;2. 四川省交通运输厅交通勘察设计研究院,四川 成都 610017;3. 中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西 西安 710043)

摘  要:以既有隧道上方挖方工程为背景,运用离心模型试验方法,研究了砂质黄土地层中既有隧道衬砌围岩压力在上方挖方时的变化规律:提出根据衬砌和围岩是否按刚度分配荷载划分深浅埋、以及是否存在挟持力划分浅埋与超浅埋的标准,得到了1.25D~1.75DD为既有隧道跨度)为深埋和浅埋的分界埋深范围,0.75D~1.25D为浅埋和超浅埋的分界埋深范围;同时发现既有隧道衬砌刚度越大,承载拱范围越小,即刚性支护承载拱边界为1.5D,柔性支护承载拱边界为1.8D;并提出基于衬砌围岩压力相对比例的近接影响分区控制标准,得到刚性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2D,柔性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2.5D;对比0.5D和0.3D挖方步距,发现步距会造成挖方过程中围岩应力路径的差异,施工时宜选用0.3D或更小的挖方步距。试验揭露了砂质黄土地层中既有隧道受上方挖方影响的普遍规律,成果可为类似工程提供借鉴和指导。

关键词:近接施工;离心模型试验;深、浅和超浅埋分界;承载拱;影响分区

 


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